▪︎ مجلس نيوز
رقمي توأمان – النسخ المتماثلة الافتراضية لأشياء من العالم الحقيقي – شائعة بالفعل في التصنيع والصناعة والفضاء. هناك نماذج رقمية معقدة للغاية للمدن والموانئ ومحطات الطاقة – لكن ماذا عن الناس؟
فكرة الرقمية doppelgängers منذ فترة طويلة محصورة في عالم الخيال العلمي. لكن أ ويشير كتاب جديد عُرض في متحف العلوم بلندن الأسبوع الماضي إلى أن هذا المفهوم قد يبدأ في الحياة.
في أنت الافتراضييوضح بيتر كوفيني ، أستاذ الكيمياء وعلوم الكمبيوتر في يونيفرسيتي كوليدج لندن ، وروجر هايفيلد ، مدير العلوم في متحف العلوم بلندن ، المدى الذي وصل إليه الباحثون بالفعل في بحثهم عن محاكاة رقمية دقيقة للأشخاص.
عند إطلاق الكتاب ، انضم إلى المؤلفين خبراء بارزون في التوائم الرقمية للرعاية الصحية من جامعة أكسفورد ، UCL ، ومركز برشلونة للحوسبة الفائقة (BSC). ال لوحة ناقش الفرص والتحديات في إنشاء نسخة رقمية مزدوجة لجسم الإنسان ، وآثارها على الطب.
لقد أنشأت BSC بالفعل نماذج افتراضية للخلايا الحية والأعضاء الكاملة. المثال الأبرز هو علياء ريد، وهو توأم رقمي للقلب يتكون من حوالي 100 مليون خلية افتراضية.
لا ينبض القلب داخل الإنسان بل في الداخل MareNostrum، أحد أقوى أجهزة الكمبيوتر العملاقة في أوروبا. من خلال العمل مع شركة التكنولوجيا الطبية Medtronic ، يمكن أن تساعد عمليات محاكاة Alya Red في وضع جهاز تنظيم ضربات القلب ، وضبط محفزه الكهربائي ، ونمذجة آثاره.
يقع MareNostrum في كنيسة Torre Girona الصغيرة في برشلونة. الائتمان: كارولينا مون فوتوغرافي.ربما يكون أحد أكثرها لفتا للنظر أمثلة هي يون سون ، امرأة كورية تبلغ من العمر 26 عامًا ، تم رسم خريطة دورانها بالكامل – شبكة من السفن يبلغ طولها 95000 كيلومتر – تقريبًا من خلال تعاون دولي باستخدام العديد من أجهزة الكمبيوتر العملاقة. يستخدم الباحثون النموذج ل يذاكر ضغط الدم وحركة الجلطات في جميع أنحاء نظام الأوعية الدموية.
في السيليكو
لا يقتصر هذان التوأم الرقميان على المختبر فقط. العديد منها قيد الاستخدام بالفعل ، وفي بعض الحالات ، موافقة من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA).
حتى الآن ، تم نشر هذه النماذج بشكل أساسي لـ في السيليكو التجارب – عندما يتم اختبار عقار أو مرض ما افتراضيًا بدلاً من اختباره على أنسجة بشرية أو حيوانية حقيقية.
تسمح هذه التجارب للشركات باختبار عقاقيرها في “مرضى افتراضيين” قبل اختبارها على البشر. يمكن أن يساعد هذا الشركات على اكتشاف “فشل في التصنيع” مبكرًا في دورة تطوير الأدوية ، يقول فرانسوا هنري بواسيل ، الرئيس التنفيذي لشركة French منصة محاكاة التجارب السريرية نوفاديسكفري. هذا يمكن أن يؤدي إلى وقت وتكلفة كبيرة مدخرات للشركات التي تجري تجارب سريرية.
أوضحت بلانكا رودريغيز ، أستاذة الطب الحسابي في جامعة أكسفورد ، أن تجارب السيليكو تقضي أيضًا على المشكلات الأخلاقية المرتبطة بالتجارب على الحيوانات. لوحة مناقشة الأربعاء الماضي.
ابتكر فريق رودريغيز توأمًا رقميًا للقلب يستخدم لمحاكاة تأثيرات الأدوية والأمراض المختلفة على وظائف القلب. في واحد افتراضي محاكمة، اختبر فريقها تأثيرات 66 دواءً مختلفًا على أكثر من ألف محاكاة مختلفة لخلية القلب ، وتمكنوا من التنبؤ بمخاطر عدم انتظام ضربات القلب بدقة تصل إلى 89٪. كانت الأبحاث المقارنة على الحيوانات دقيقة بنسبة 75٪.
يمكن أن تساعد هذه التجارب أيضًا في مكافحة حالة الطوارئ الصحية العامة التالية. خلال جائحة COVID-19 ، تم استخدام أجهزة الكمبيوتر العملاقة لمحاكاة كل شيء تقريبًا ، من العلاجات المحتملة إلى التنبؤ بكيفية انتشار الفيروس ، كما هو موضح في الفيديو أدناه.
وبما أن محاكاة الأنسجة والأعضاء والخلايا البشرية أصبحت أكثر تعقيدًا من أي وقت مضى ، فقد تفتح آفاقًا جديدة لاختبار اللقاحات ، والعلاج الشخصي للأعراض ، ومساعدة الأطباء على استكشاف آثار العدوى على الجسم بأكمله.
قال هايفيلد إن التوائم الرقمية يمكنها أيضًا تسريع البحث عن اللقاحات المرشحة للعائلات الكبيرة من فيروسات الحيوانات المعرضة لخطر الانتشار إلى البشر.
يعتقد كوفيني وهايفيلد أن هذه التطورات تمهد الطريق لتوائم رقمية لكامل جسم الإنسان.
أنت الافتراضي
لن تبدو النماذج الحسابية للمرضى مثل نظرائهم من البشر فحسب ، بل تتصرف مثلهم أيضًا.
يتطلب إنشاء افتراضية جمع وتحليل بيانات شخصية كافية لتوفير تمثيل واقعي. يمكن أن يأتي هذا من أي عدد من عمليات المسح لجسمك وأعضائه ، بالإضافة إلى التحليل الجينومي والكيميائي الحيوي ، و الأجهزة القابلة للارتداء.
قال كوفيني: “يمكن لهذه التوائم الرقمية أن تحدد الإجراء الذي يتخذه الجراح ، أو الدواء الذي يتم وصفه لك ، أو حتى نوع الحياة التي تختار أن تعيشها”.
يمكن لطبيبك تشغيل عدد من السيناريوهات من خلال التوأم الرقمي الخاص بك – كيف يمكن أن تستجيب لعقار أو مرض معين ، على سبيل المثال – دون أن يلمسك أبدًا (إذا كنت تكره زيارة الطبيب ، فاحذر).
“يمكن للمرضى الافتراضيين إنقاذ حياتك وإطالة عمرها.
يمكن أن يتنبأ التوأم الرقمي بدقة بخطر إصابتك بالمرض ويوصي بتغييرات في الأدوية والنظام الغذائي ونمط الحياة ، مما يحتمل أن ينقذ حياتك ويطيلها.
وفقًا للمفوضية الأوروبية ، يموت حوالي 200000 شخص كل سنة في أوروبا من الأدوية الموصوفة لهم ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن هذه العلاجات عامة وليست مصممة خصيصًا للمريض.
الشيء نفسه ينطبق على علاج المرض: الأطباء مجبرون على اتخاذ قرارات بناء على ذلك مرضى متشابهون ولكن غير متطابقين في ظروف مماثلة ولكن غير متطابقة في الماضي.
قال هايفيلد: “الطب الحديث يشبه قيادة السيارة أثناء النظر في مرآة الرؤية الخلفية – إنه دائمًا ما ينظر إلى الوراء لمحاولة معرفة ما يحدث الآن”. “الأمل هو أن التوائم الرقمية ستمكّن الرعاية الصحية من أن تصبح استشرافية ، وذات طابع شخصي حقًا ، وتنبؤية ، مما يزيل الكثير من التخمين”.
ربما تكون فكرة أن توأمك قد تعتاد على ذلك أقل عزاءً يتنبأ عندما تموت ، بدرجة عالية من الدقة.
المضي قدما.
لذا ، متى سأحصل على افتراضي أنا؟
قبل أن تصبح متحمسًا جدًا (أو متحجرًا) – لنقم بتقييم سريع.
طور الأستاذ بجامعة أكسفورد ، دينيس نوبل ، أول نموذج لخلية قلب نابضة في عام 1959. وبعد بضع سنوات ، تم توسيع نطاق عمله إلى مستوى بقع الخلايا ، وبحلول التسعينيات من القرن الماضي ، تم تطوير نماذج القلب بالكامل ، والتي كانت مدعومة بأقدم بدأت الحواسيب العملاقة تتشكل. الآن ، تتيح برامج مثل Alya Red محاكاة أي جزء من جسم الإنسان تقريبًا.
هذه هي النقطة التي نجد أنفسنا فيها الآن. حتى الآن ، لم يتم أبدًا إنشاء توأم رقمي لإنسان كامل.
قال كونفيني إنه لا تزال هناك “عقبات تقنية هائلة” يجب التغلب عليها.
تتطلب محاكاة هذا التعقيد الوصول إلى أجهزة كمبيوتر قوية بشكل لا يصدق ، مثل Frontier ، الأول والأسرع في العالم إكساسكيل كمبيوتر عملاق. لا تزال أجهزة الكمبيوتر هذه قليلة ومتباعدة وتتطلب كميات كبيرة من طاقة يهرب.
وهو يقول إن “التحدي الكبير” الآخر هو تجميع كل الرموز معًا لكل جزء من أجزاء الجسم الافتراضي. كل جزء من الإنسان الرقمي ، مثل الخلية أو القلب ، هو تقنيًا محاكاة منفصلة. هناك أيضًا مقاييس متعددة لعمليات المحاكاة: نموذج واحد لخلية وآخر للعضو بأكمله يتطلب أكواد مختلفة ويعملان بسرعات مختلفة. إن تحميل كل هذه الرموز دفعة واحدة وبنفس السرعة ليس بالأمر السهل.
هناك أيضا اعتبارات أخلاقية. تعد القدرة على التنبؤ بأي شيء تقريبًا عن صحتك أداة قوية لأخصائيي الرعاية الصحية ، ولكن من المحتمل خطير في الأيدي الخطأ.
في حدود التكنولوجيا الحالية ، أصبح إنشاء توأمك الافتراضي الآن في متناول المليارديرات ، كما يقول كونفيني.
حتى أقوى أجهزة الكمبيوتر التي يمكن تصورها في المستقبل البعيد لن يكون لديها القدرة الكافية لتحليلك بالتفاصيل الجزيئية الكاملة. أنت يا صديقي معقدة للغاية ، حتى بالنسبة لأذكى جهاز كمبيوتر.
لكن Coveney و Highfield يقدمان حالة مقنعة بأن التمثيلات الرقمية غير المكتملة ستظل أداة مفيدة للغاية لتطوير العلوم الطبية وصحة الأفراد. وكما قال الإحصائي البريطاني الراحل جورج بوكس ، “كل النماذج خاطئة. بعضها مفيد “.
يأمل المؤلفون أيضًا في إمكانية تقليل متطلبات الحوسبة لهذين التوائم باستخدام الذكاء الاصطناعي ، كما خمنت.
“يمكن للذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي أن ينسخ بعضًا من الكود ويمكّن التوأم الرقمي بأكمله من التحميل بنوع السرعات اللازمة لاتخاذ قرارات طبية فعالة “، قال هايفيلد. يمكن للذكاء الاصطناعي أن يمكّن البشر الافتراضيين من العمل على أجهزة أصغر بكثير.
في حين أن هناك العديد من العقبات التي يجب التغلب عليها ، وبالتأكيد بعض القضايا الأخلاقية التي يجب حلها ، فإن المرضى الافتراضيين الذين يعملون بشكل كامل ، والذين يقدمون رؤى لأخصائيي الرعاية الصحية يمكنهم العمل وفقًا لها ، ليسوا بعيدًا كما قد تعتقد.
يعتقد كونفيني ، أحد أبرز الخبراء العالميين في هذا الموضوع ، أن المرضى الافتراضيين يمكن أن يكونوا متاحين للاستخدامات الطبية العملية في غضون خمس سنوات تقريبًا.